Для контроля точности затяжки резьбовых соединений традиционно используется динамометрический ключ. Он измеряет крутящий момент, прилагаемый на гайку.
Этот метод контроля привычен и широко применяем, однако имеет принципиальные и существенные недостатки, а именно:
- Трение - это самый главный недостаток: на преодоление сопротивления от трения в резьбовом соединении затрачивается до 80% усилия и лишь 20% передается на натяжение.
А ведь основным параметром, наиболее точно характеризующего крепежное соединение является именно прижимное усилие. - На неравномерность затяжки болтов влияет черезчур много дополнительных факторов:
геометрия конструкции, состояние резьбового соединения (грязь, ржавчина), применяемые материалы конструкции, технология и техника затяжки и др. - Применение смазывающих или контактных резьбовых материалов может значительно изменить показания прилагаемого момента: необходимо вводить корректирующие коэффициенты .
А можно ли напрямую замерить и контролировать прижимную силу в соединении?
Можно - через измерение и контроль усилия натяжения болтов (шпилек).
Именно на этом принципе строится работа прогрессивного гидравлического инструмента - шпильконатяжителей (или тензорных домкратов).
Тензорные домкраты: особенности конструкции и преимущества.
Шпильконатяжители служат для приложения предварительного калиброванного усилия натяжения на болт с последующим свободным закручиванием гайки (до упора).
Усилие предварительного натяжения болта передается на крепежное соединение при последующем освобождении конструкции.
Тензорный домкрат состоит из 4 основных составных частей:
- Натяжной резьбовой пуансон (тянущий стакан) - он передает усилие предварительного натяжения на болт
- Гидроцилиндр с подвижным поршнем (и уплотнением) - развивает необходимое усилие с передачей на пуансон.
- Упорный мост (проставка) - на нем крепиться гидроцилиндр с пуансоном. Его размеры корректируются под конкретные условия затяжки соединений. В корпусе моста есть окна для свободного доступа рычага вращения обоймы (и основной гайки).
- Накладная гайка - обойма с отверстиями - она устанавливается на основную крепежную гайку соединения и может свободно вращаться с помощью бокового рычага (вставляемого в отверстия).
Принцип работы конструкции тензорного домкрата прост и понятен:
1. Резьбовой пуансон накручивается на шпильку.
Особенность: Размер свободного конца шпильки (выше гайки крепежа) должен быть не менее 80% от диаметра шпильки.
2. На гидроцилиндр подается контролируемое давление - и через поршень происходит подъем пуансона и, соответственно, происходит предварительное натяжение шпильки.
3. Обойма с помощью рычага, который вставляется сбоку в отверстие гайки вместе с основной крепежной гайкой свободно закручивается до упора - практически без усилия.
4. Давление сбрасывается и усилие предварительного натяжения передается на соединение: крепежное соединение затянуто с необходимым усилием.
Резьбовой пуансон скручивается с резьбы болта и вся конструкция шпильконатяжителя снимается.
Это все. Готово.
Преимущества шпильконатяжителей с контролем усилия прижима крепежного соединения огромны:
- Шпильконатяжители очень компактны и могут работать с очень высокими контролируемыми усилиями натяжения шпильки - до 45000 кН и огромными размерами крепежа - до резьбы М340.
- Полное отсутствие трения, скручивающих усилий и изгибов шпилек - только строго растягивающее напряжение - это значительно увеличивает срок службы болтов и позволяет получать высокую точность и надежность соединения.
А при отсутствии трения, нет необходимости вводить корректирующие коэффициенты на трение при разработке конструкций. - Болтовые соединения газовых турбин, подвергающиеся воздействию высоких температур, можно спокойно раскрутить даже после длительного периода эксплуатации.
- Применение шпильконатяжителей также идеально подходит для конструкций из нержавеющей стали - полностью отсутствует риск холодной сварки резьбового соединения.
- Возможность одновременного затягивания нескольких болтов (система одновременной затяжки)
- Один гидроцилиндр может использоваться для болтов разных размеров
- Возможность синхронной затяжки всех или нескольких болтов одного разъемного соединения - в отличии от последовательной затяжки.
Это крайне важное преимущество для затяжки шпилек крышек сосудов высокого давления, фланцев трубопроводов, теплообменников, автоклавов, где требования к качеству сборки и герметичности соединения высоки. - Усилие предварительного натяжения и усилие прижима крепежного соединения имеет линейную зависимость от гидравлического давления на входе гидроцилиндра шпильконатяжителя, что легко может контролироваться и приводит к высокой степени воспроизводимости.
- Очень высокая точность и превосходная повторяемость результатов ±2.0 %.
- Чрезвычайно низкий αA-фактор на уровне 1,05 (разброс мин. и макс. усилий предварительного натяжения) - это позволяет значительно облегчить работу при проектировании и эксплуатации конструкций с болтовыми соединениями.
Отметим очень широкий ассортимент тензорных домкратов и гидростанций для обеспечения работы. Все сделано удобно, компактно и технологично.
Конструкции тензорных домкратов разработаны для максимального охвата различных вариантов применения и особенностей конструкции.
Для труднодоступных мест производятся 2 основных типа домкратов:
- Широкие низкие (как правило одноступенчатые) - с минимальной высотой установки
- Узкие длинные (многоступенчатые) - для очень плотных болтовых соединений, где важно малое расстояние между шпильками. Многоступенчатая цилиндрическая конструкция увеличивает длину натяжения шпилек.
- Шпильконатяжители с возвратной пружиной - для автоматического возврата поршня в исходное положение.
- Вращение обоймы производится с помощью зубчатой передачи а не прямым рычагом
Размеры и количество гидроцилиндров тоже могут варьироваться:
- Шпильконатяжитель с одним цилиндром
- Двойной гидроцилиндр на затяжку 2 шпилек
- Секционные тензорные домкраты на 3 и более шпильки в каждой секции
- Крупномасштабные домкраты с большими гидроцилиндрами для особо крупного крепежа (основной вал турбины и пр.)
Области применения тензорных домкратов
Современные гидравлические натяжители имеют очень высокие технологические преимущества и наиболее широко применяются на особо ответственных и крупногабаритных изделиях, требующих точности и максимальной безопасности:
- Турбины, компрессоры, генераторы, прессы, дизельные двигатели, трансформаторы, редукторы, муфты,
- Аэрокосмическая промышленность и авиация, газовые турбины
- Тяжелое машиностроение, прокатные станы, прессы, отделочные машины, ножницы, продольнорезательные станки, намоточные устройства, экструдеры, насосы и др.
- Кораблестроение: судовые двигатели, гребные винты, рули и лебедки
- Нефтепереработка и химическая промышленность: трубопроводы, сосуды высокого давления, теплообменники, турбины.
- Особо ответственные ANSI фланцевые соединения
- Энергетика: ветряные и гидроэлектростанции. ТЭЦ, термоядерные установки и атомные электростанции
- Промышленное и гражданское строительство, башенные краны, вышки, экскаваторы и горнодобывающая промышленность и многое другое
Применение самых современных средств контроля, возможность программирования технологических операций, простота и автономность, точность и безопасность - это основные характеристики современных гидравлических инструментов.